黎夢婷，陳 霖，王 鍵，譚云峰，胡 森，唐座亮

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，四川 雅安 625014）

從20 世紀(jì)80 年代開始，各國針對不同種類的柑橘研發(fā)了不同的采摘末端執(zhí)行器，推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展［1］。已研制的柑橘采摘末端執(zhí)行器大多由剛性材料構(gòu)成，存在柔順性差、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)力差、設(shè)備昂貴、易損傷采摘對象等問題［2-3］。軟體機(jī)械手的出現(xiàn)為解決剛性采摘末端執(zhí)行器存在的問題提供了新思路和方法。軟體機(jī)械手不僅能克服這些缺點(diǎn)，還能“一手多用”［4］。

目前，軟體機(jī)械手的設(shè)計(jì)與研發(fā)受到了國內(nèi)外學(xué)者的青睞。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)基于彈性硅膠驅(qū)動(dòng)器的原理研制了1 款蜂巢結(jié)構(gòu)的軟體機(jī)械手［5］；俄亥俄州立大學(xué)的Yu She［6］利用形狀記憶合金制作了1 款軟體機(jī)械手；巴黎綜合理工大學(xué)［7］利用電活性聚合物作為2 根手指的驅(qū)動(dòng)抓取一些小質(zhì)量的物體；2020 年俄亥俄州立大學(xué)［8］基于繩線驅(qū)動(dòng)研制了1 款由三指組成的變剛度軟體機(jī)械手。軟體機(jī)械手應(yīng)用與農(nóng)業(yè)方面的研究還處于初始階段。意大利Muscato 等［9］采用螺旋式排列橡膠研發(fā)了柑橘軟體采摘手。吉林大學(xué)肖英奎等［10］仿人手指骨架，并用橡膠制作表皮設(shè)計(jì)了1 款黃瓜采摘軟體機(jī)械手。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的李娜等［11］在手指單元內(nèi)添加柔順構(gòu)件研發(fā)了1 款草莓采摘末端執(zhí)行器。

為了使柑橘機(jī)械化采摘達(dá)到更好的效果，結(jié)合信息傳感技術(shù)和智能控制理論，將軟體機(jī)械手運(yùn)用到柑橘采摘中將是未來采摘末端執(zhí)行器必然發(fā)展趨勢［12-15］。本文將采用軟體材料制作軟體手指來夾持柑橘，并配合剪切機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)柑橘的采摘，建立軟體手指彎曲變形力學(xué)模型，借助有限元仿真進(jìn)行響應(yīng)面分析，確定最優(yōu)組合參數(shù)，制作實(shí)物試驗(yàn)，研究抓取的效果。

1 采摘軟體末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)

1.1 采摘軟體末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采摘軟體末端執(zhí)行器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 采摘軟體末端執(zhí)行器整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure diagram of picking software endeffector

其中軟體機(jī)械手由軟體手指、可調(diào)手掌、連接件組成。為提高采摘軟體末端執(zhí)行器的通用性，軟體機(jī)械手與剪切機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為可拆卸式，并且安裝支架上設(shè)計(jì)有2 個(gè)安裝孔。采摘軟體末端執(zhí)行器通過軟體機(jī)械手與剪切機(jī)構(gòu)的配合，從柑橘側(cè)面夾持柑橘并剪斷果梗，其工作原理如下：將采摘軟體末端執(zhí)行器運(yùn)送到采摘目標(biāo)旁，啟動(dòng)軟體機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)械手手指彎曲進(jìn)行柑橘果實(shí)的夾持。當(dāng)夾持力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，由絲桿帶動(dòng)剪刀閉合與張開，從而實(shí)現(xiàn)柑橘果梗的剪切。

1.2 軟體手指設(shè)計(jì)

纖維增強(qiáng)型和多腔體型是常見的氣動(dòng)軟體手指結(jié)構(gòu)［16］。由于纖維增強(qiáng)型手指彎曲角度相比多腔體型手指小，為適應(yīng)不同形狀大小的果實(shí)，本文選用彎曲角度較大的多腔體型手指進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟體手指氣囊形狀由矩形與半圓形組合而成。為了限制手指底部延伸，從而實(shí)現(xiàn)手指的彎曲，本文在手指底層中心添加了1 層打印紙［17］，軟體手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 軟體手指結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Soft finger structure diagram

以贛南臍橙為試驗(yàn)對象進(jìn)行幾何特性的測量。測量100 個(gè)贛南臍橙縱徑（沿果梗方向直徑）和橫徑（垂直果梗直徑方向直徑），得到縱徑與橫徑平均值分別為77.96、72.55 mm。為保證軟體機(jī)械手能抓持不同尺寸大小的柑橘，本文設(shè)計(jì)軟體手指總長L=95 mm、氣囊總長度l=83 mm。將氣囊高度h2、限制層厚度s、氣室厚度L3等軟體手指結(jié)構(gòu)參數(shù)作為結(jié)構(gòu)變量，軟體手指結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。

表1 軟體手指結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Soft finger structure parameters

2 軟體手指力學(xué)建模

2.1 手指材料超彈性本構(gòu)模型

在對軟體手指進(jìn)行力學(xué)建模分析時(shí)，首先要明確制作軟體手指選用材料的力學(xué)特性。Yeoh 模型［18］是基于應(yīng)力—變形關(guān)系建立的硅膠本構(gòu)模型，假設(shè)硅膠材料在變形過程中外力做的所有功全部轉(zhuǎn)化為彈性能儲(chǔ)存在硅膠內(nèi)部，用應(yīng)變能密度函數(shù)W表示為：

其中：W為應(yīng)變能密度函數(shù)；Ii為變量張量，無量綱；λi為空間各方向上的主伸長比；γi為主應(yīng)變，無量綱。

由于硅膠材料具有不可壓縮的特性，單軸拉伸時(shí)假設(shè)手指在寬度方向上沒有形變且手指底部材料不發(fā)生變形，可得：

式中：l為氣囊總長度，mm；s為限制層厚度，mm；φ為軟體手指彎曲角度，rad。

聯(lián)立公式(2)～(4)可得：

根據(jù)Yeoh 本構(gòu)模型并結(jié)合式(1)～(7)，選用典型二項(xiàng)參數(shù)形式來表示應(yīng)變能密度：

式中：C10=0.11 MPa、C20=0.02 MPa 為材料參數(shù)［19］。

結(jié)合式(1)～(8)，得到主應(yīng)力σ與主伸長比λ1之間的關(guān)系為：

2.2 軟體手指彎曲變形力學(xué)建模

軟體手指在充氣壓強(qiáng)下的變形不是簡單的圓弧變形，因此在對軟體手指彎曲角度變形力學(xué)建模分析時(shí)需要做一定的假設(shè)。在常曲率假設(shè)下，一定氣壓P作用在軟體手指上彎曲形成的圓弧所對應(yīng)的圓心角φ如圖3 所示。

圖3 軟體手指彎曲角度Fig.3 Soft finger bend Angle

單個(gè)氣囊膨脹時(shí)（如圖4 所示），氣壓P作用在氣囊腔體側(cè)面上的作用力對手指底面處產(chǎn)生的力矩MP為：

圖4 軟體手指結(jié)構(gòu)參數(shù)Fig.4 Soft finger structure parameters

式中：H為軟體手指限制層厚度與矩形氣囊高度、氣體通道之和，mm；P為充氣壓強(qiáng)，MPa。

假設(shè)軟體手指氣囊內(nèi)部應(yīng)力σ均勻分布，軟體手指氣囊基體應(yīng)力σ對底面處產(chǎn)生的力矩M為：

式中：MS為限制層與矩形氣囊基體對手指底面力矩；M1為半圓形氣囊基體對手指底面力矩。

由于軟體手指氣囊基體應(yīng)力σ均勻分布的假設(shè)存在一定誤差，因此本文引入修正系數(shù)K對軟體手指氣囊基體應(yīng)力產(chǎn)生的力矩進(jìn)行修正，由力矩平衡可知：

聯(lián)立式(10)～(15)即可得出充入手指內(nèi)氣壓P與軟體手指氣囊基體應(yīng)力σ之間的關(guān)系式：

聯(lián)立式(1)～(16)得到充入軟體手指的氣壓P與軟體手指彎曲角度φ之間的理論關(guān)系式為：

3 基于仿真的軟體手指參數(shù)優(yōu)化

3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用ANSYS 有限元靜力學(xué)仿真進(jìn)行氣囊高度、限制層厚度、氣室厚度單因素分析，確定氣囊高度范圍為5.0 ～7.0 mm、限制層厚度范圍為2.0 ～4.0 mm、氣室厚度范圍為2.5 ～3.5 mm 進(jìn)行中心組合試驗(yàn)效果最佳。將氣囊高度(A)、限制層厚度(B)、氣室厚度(C)作為試驗(yàn)因素，以軟體手指最大彎曲角度(Y)為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行3 因素3 水平中心組合試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平如表2 所示。通過Design expert 11 中的Box-Behnken 進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表3 所示。

表2 試驗(yàn)因素水平Table 2 Test factor level table

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table 3 Orthogonal test table and test results

軟體手指彎曲角度的方差分析結(jié)果如表4所示。由表4 可知，該回歸模型極顯著（P＜0.01）；模型失擬項(xiàng)不顯著(P＞0.05)，模型二次項(xiàng)擬合程度高；氣囊高度(A)、限制層厚度(B)、氣室厚度(C)、BC對軟體手指彎曲角度有極顯著影響(P＜0.01)，AB、AC、B2對軟體手指彎曲角度有顯著影響（P＜0.05）；該模型能解釋96% 以上的響應(yīng)變化（R2=0.968 4）；由F值可得出對彎曲角度影響的主次順序?yàn)椋篈＞B＞BC＞C＞AB＞B2＞AC，軟體手指彎曲角度與各試驗(yàn)因素的回歸方程如式(18)所示：

表4 軟體手指仿真直徑方差分析表Table 4 Analgsis table of the variance of the software finger simulation diameter

通過軟體手指彎曲角度的回歸模型，使用Design Expert 11.0 軟件中 Optimization 功能進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)組合參數(shù)為：氣囊高度為6.926 mm、限制層厚度為3.654 mm、氣室厚度為2.882 mm，此時(shí)軟體手指彎曲角度為6.137 rad。為便于后續(xù)實(shí)物加工，本文取氣囊高度為7 mm、限制層厚度為3.5 mm、氣室厚度為3 mm。

3.2 軟體手指力學(xué)模型修正

為得到力學(xué)理論關(guān)系式中的修正系數(shù)K，將優(yōu)化后的軟體手指進(jìn)行ANSYS 有限元仿真，仿真結(jié)果如圖5 所示。

圖5 不同正壓下軟體手指彎曲狀態(tài)Fig.5 Soft finger bending under different positive pressure

以仿真得到的彎曲角度φ為橫坐標(biāo)，充氣壓強(qiáng)P為縱坐標(biāo)，使用MATLAB 繪制成散點(diǎn)圖并擬合出曲線公式，如圖6 所示。

圖6 MATLAB 擬合仿真結(jié)果曲線Fig.6 MATLAB fitting simulation results curve

結(jié)合表1 與優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將擬合公式與理論公式(17)中相同次數(shù)項(xiàng)進(jìn)行對比，得到修正系數(shù)K為0.7。充氣壓強(qiáng)P與彎曲角度φ之間的關(guān)系為：

4 軟體手指的制作及彎曲性能試驗(yàn)

4.1 軟體手指的制作

結(jié)合本文設(shè)計(jì)的軟體手指結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用平板印刷法來制作軟體手指，如圖7 所示。

圖7 軟體手指的過程圖Fig.7 Process diagram of soft fingers

將Dragon skin 30 的A、B 膠按1∶1 的比例倒入燒杯中進(jìn)行混合并攪拌均勻，放入真空脫泡桶中進(jìn)行除泡。將脫模劑噴在模具內(nèi)表面，再將脫泡后的硅膠沿玻璃棒緩慢倒入模具中。在硅膠倒入指底底模1/2 時(shí)將事先準(zhǔn)備好的1 張打印紙平鋪在硅膠上，再繼續(xù)倒入硅膠直至填滿整個(gè)指底底模。澆鑄完以后將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，直至硅膠完全固化成形。將取出的手指氣囊部分與指底進(jìn)行粘合，再將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，溫度設(shè)置為30 ℃進(jìn)行固化。將合為一體的軟體手指從指底底模中脫模出來。

4.2 軟體手指彎曲性能試驗(yàn)

本文設(shè)計(jì)的軟體手指彎曲性能試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖8所示。將彎曲傳感器貼在軟體手指底面上，通過氣泵提供氣源。當(dāng)軟體手指充氣時(shí)，手指氣囊膨脹發(fā)生生彎曲，貼在手指底面的彎曲傳感器通過Arduino UNO-R3 單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)上，讀取得到不同氣壓下的軟體手指彎曲角度如表5 所示。

表5 軟體手指彎曲變形試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Bending deformation test results of soft fingers

圖8 軟體手指彎曲性能試驗(yàn)簡圖Fig.8 Experimental sketch of flexural performance of soft fingers

圖9 為軟體手指力學(xué)理論模型、有限元仿真以及試驗(yàn)所得的彎曲角度與充氣壓強(qiáng)結(jié)果對比圖。

圖9 理論、仿真及試驗(yàn)結(jié)果對比圖Fig.9 Comparison of theoretical, simulation and experimental results

由圖9 可知，軟體手指的彎曲角度隨著壓強(qiáng)的增大而呈非線性增大；試驗(yàn)結(jié)果小于仿真與力學(xué)模型結(jié)果，但總體趨勢一致；壓強(qiáng)小于0.04 MPa 時(shí)三者結(jié)果相近，當(dāng)壓強(qiáng)大于0.04 MPa 時(shí)，相同氣壓下力學(xué)模型彎曲角度明顯比仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果大，其原因可能是力學(xué)模型是在模型簡化以及一定假設(shè)的情況下建立的，沒有考慮大氣壓下限制層膨脹會(huì)限制手指彎曲。

5 柑橘夾持損傷有限元仿真

5.1 軟體手指剛度有限元仿真

由前文可知軟體機(jī)械手是從側(cè)面接近柑橘并夾持柑橘，如圖10(a)所示。假設(shè)手指充氣后包絡(luò)抓取柑橘且柑橘不與手掌接觸，其受力分析如圖10(b)所示。

圖10 軟體機(jī)械手夾持柑橘的方式Fig.10 The way the soft manipulator clamps the citrus

由圖可得：

式中：G為柑橘重力，N；FN為位于兩側(cè)的手指作用在柑橘上的夾持力，N：FN'為位于底部的手指作用在柑橘上的夾持力，N；f為兩側(cè)的手指作用在柑橘上的摩擦力，N。

3 根 手 指 呈120° 分 布，由 幾 何 關(guān) 系 可 得β=30°，由試驗(yàn)得到μ=0.66，通過式（20）與式（21）可知FN'＜G。ANSYS 有限元仿真中直接將柑橘重力施加在軟體手指底面上。測量得到柑橘最大的重量為 240.8 g，為保證軟體手指能剛度能支撐住柑橘，取施加在軟體手指上的重力G為3 N。通過仿真，發(fā)現(xiàn)軟體手指在 0.03 MPa 時(shí)開始收斂。壓強(qiáng)為0.03、0.035、0.04 與0.07 MPa 時(shí)的仿真變形結(jié)果如圖11所示。

圖11 軟體手指剛度仿真結(jié)果Fig.11 Simulation results of soft finger stiffness

最大壓強(qiáng)0.07 MPa 下軟體手指最大等效應(yīng)力為2.36 MPa，沒有超過手指材料拉伸強(qiáng)度3.45 MPa，因此手指負(fù)載3 N 不會(huì)破壞材料；由于在實(shí)際操作中位于柑橘兩側(cè)還有軟體手指會(huì)對其進(jìn)行夾持，因此實(shí)際操作中位于柑橘底部的軟體手指承受的力要小于仿真時(shí)所承受的力，充氣壓強(qiáng)為0.035 MPa 時(shí)軟體手指的剛度就能符合實(shí)際操作。

5.2 有限元模擬軟體手指夾持柑橘

試驗(yàn)得到柑橘果肉及果皮物理及力學(xué)特性參數(shù)如表6 所示。

表6 柑橘果肉及果皮特性參數(shù)Table 6 Characteristic parameters of citrus pulp and peel

為了便于計(jì)算本文將模型簡化1 根軟體手指對柑橘夾持。在充氣壓強(qiáng)為0.035 MPa 時(shí)，得到的仿真結(jié)果如圖12 所示。

圖12 0.035 MPa 時(shí)軟體手指夾持柑橘仿真結(jié)果圖Fig.12 Simulation results of holding citrus with soft fingers at 0.035 MPa

由圖12(a)可知，最大等效應(yīng)力為0.537 MPa，發(fā)生在軟體手指指尖附近，而不是在柑橘上；由圖12(b)可知，充氣壓強(qiáng)為0.035 MPa 時(shí)，果肉的最大等效應(yīng)力約為0.001 35 MPa。由于果肉最大等效應(yīng)力位于柑橘與手掌接觸附近，因此實(shí)際軟體機(jī)械手進(jìn)行柑橘夾持時(shí)對果肉產(chǎn)生的最大等效應(yīng)力約為0.004 05 MPa；由圖12(c)可知，果皮最大等效應(yīng)力為0.118 MPa，最大等效應(yīng)力同樣出現(xiàn)在果皮與手掌接觸處，因此實(shí)際軟體機(jī)械手進(jìn)行柑橘夾持時(shí)對果皮產(chǎn)生的最大等效約為0.354 MPa；由圖12(d)可知，在該氣壓下1 根軟體手指對柑橘造成的最大變形為0.736 mm，實(shí)際操作中軟體機(jī)械手對柑橘造成的最大變形約為2.208 mm，變形較小。綜上，充氣氣壓為0.035 MPa 時(shí)，軟體機(jī)械手不會(huì)對柑橘果肉及果皮造成損傷。充氣壓強(qiáng)為0.07 MPa 時(shí)，得到的仿真結(jié)果如圖13 所示。

圖13 0.07 MPa 時(shí)軟體手指夾持柑橘仿真結(jié)果圖Fig.13 Simulation results of holding citrus with soft fingers at 0.07 MPa

經(jīng)分析充氣氣壓為0.07 MPa 時(shí)，軟體機(jī)械手也不會(huì)對柑橘果肉及果皮造成損傷。因此充氣壓強(qiáng)在0.035 ～0.07 MPa 時(shí)，軟體機(jī)械手同時(shí)滿足剛度與不損傷柑橘的要求。

6 采摘試驗(yàn)分析

6.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文搭建的控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)如圖14 所示。

控制系統(tǒng)主要由氣源控制以及剪切控制兩部分組成。氣源控制部分由氣泵、過濾器、換向閥、觸發(fā)開關(guān)和繼電器組成；剪切控制部分包括上位機(jī)、單片機(jī)、壓力傳感器、觸發(fā)開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)控制器和步進(jìn)電機(jī)。

6.2 軟體機(jī)械手夾持損傷驗(yàn)證試驗(yàn)

由仿真可知，軟體機(jī)械手在夾持柑橘時(shí)，柑橘最大變形應(yīng)力發(fā)生在與手掌接觸處。因此本文將壓力傳感器貼在軟體機(jī)械手手掌上，通過檢測不同壓強(qiáng)下，以壓力傳感器上的壓力是否超過前文壓縮試驗(yàn)測得的破壞力為依據(jù)來檢驗(yàn)柑橘是否損傷。

對軟體機(jī)械手通入0.035 ～0.07 MPa 的氣壓，夾持柑橘重量為239.34 g，氣壓間隔為0.005 MPa，每組試驗(yàn)重復(fù)3 次取平均值，得到的不同氣壓下壓力傳感上的負(fù)載，其結(jié)果如表7 所示。

表7 不同氣壓下壓力傳感器輸出的壓力Table 7 Pressure sensor output at different air pressures

根據(jù)上表得出的結(jié)果可看出，軟體機(jī)械手在最大壓強(qiáng)下對柑橘的擠壓力為18.13 N 遠(yuǎn)小于柑橘破壞力141.65 N。因此在充氣壓強(qiáng)為0.035～0.07 MPa下，軟體機(jī)械手對柑橘夾持不會(huì)造成損傷。

6.3 軟體機(jī)械手抓取適應(yīng)性試驗(yàn)

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的軟體機(jī)械手具備一定的通用性，能抓取形狀大小不同的物體，試驗(yàn)選取了幾種典型的球類果蔬進(jìn)行試驗(yàn)如圖15 所示，軟體機(jī)械手能夾持不同種類和大小的果蔬，為驗(yàn)證軟體機(jī)械手剛度具有適應(yīng)性，采用自上而下的抓取模式進(jìn)行果蔬抓取。其中，軟體機(jī)械手夾持‘砂糖’橘為指尖抓取，充氣壓強(qiáng)為0.02 MPa 時(shí)軟體機(jī)械手能穩(wěn)定夾持且不損傷‘砂糖’橘。其余3 種果蔬抓取為包絡(luò)抓取，充氣壓強(qiáng)為0.07 MPa，試驗(yàn)得到：軟體機(jī)械手在最大氣壓下夾持蘋果和梨子這種較硬的水果時(shí)不會(huì)出現(xiàn)損傷。夾持西紅柿?xí)r，西紅柿表面出現(xiàn)不破皮的凹痕。由進(jìn)一步試驗(yàn)得出，軟體機(jī)械手在充氣壓強(qiáng)為0.055 MPa 時(shí)能無損夾持西紅柿。

圖15 軟體機(jī)械手抓取不同果蔬試驗(yàn)Fig.15 Experiments of grasping different fruits and vegetables by soft manipulator

6.4 采摘軟體末端執(zhí)行器采摘試驗(yàn)

本文采用臺(tái)架試驗(yàn)，將制作的采摘軟體末端執(zhí)行器安裝在DOBOT CR5 機(jī)械臂上，如圖16 所示。

圖16 DOBOT CR5 機(jī)械臂Fig.16 DOBOT CR5 robot arm

運(yùn)用本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)對柑橘采摘軟體末端執(zhí)行器進(jìn)行試驗(yàn)（如圖17 所示）。

圖17 采摘試驗(yàn)Fig.17 Picking experiment

試驗(yàn)選取帶長枝丫的柑橘共30 個(gè)，軟體機(jī)械手充氣壓強(qiáng)為0.07 MPa，壓力傳感器反饋值設(shè)定為6.43 N。通過試驗(yàn)得出：采摘軟體末端執(zhí)行器完成1 個(gè)柑橘采摘的時(shí)間平均約為3.54 s；軟體機(jī)械手夾持柑橘成功率為96.67 %，夾持失敗的原因是由于軟體機(jī)械手在接近柑橘果實(shí)時(shí)，被果實(shí)附近的枝丫阻礙，導(dǎo)致手指偏離原定的夾持位置；在夾持成功的基礎(chǔ)上，剪切機(jī)構(gòu)成功剪切全部果梗。

7 結(jié)論

設(shè)計(jì)了1 款柑橘采摘軟體末端執(zhí)行器。對軟體手指進(jìn)行了力學(xué)建模、參數(shù)優(yōu)化與仿真。為驗(yàn)證力學(xué)模型與有限元仿真可靠性，制作軟體手指進(jìn)行了彎曲試驗(yàn)；為保證軟體機(jī)械手同時(shí)滿足剛度要求且不損傷柑橘，進(jìn)行軟體機(jī)械手夾持柑橘有限元模型分析，得到充氣壓強(qiáng)在0.035 ～0.07 MPa 時(shí)軟體機(jī)械手既滿足剛度要求又不損傷柑橘；最后搭建試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)證明采摘軟體末端執(zhí)行器夾持柑橘成功率為96.67 %，平均無損采摘1 個(gè)柑橘需要耗時(shí)3.54 s。